Refrigeração Evaporativa de Telhados Por Meio de Gotejamento

UNIVERSIDADE FEDERAL DE SO CARLOS CENTRO DE CINCIAS EXATAS E DE TECNOLOGIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA CIVIL

GUSTAVO ROSAS NASCIMENTO

REFRIGERAO EVAPORATIVA DE TELHADOS POR MEIO DE GOTEJAMENTO DE GUA.

EXPERIMENTO EM BANCADA DE TESTES.

SO CARLOS SP 2005

GUSTAVO ROSAS NASCIMENTO

REFRIGERAO EVAPORATIVA DE TELHADOS POR MEIO DE GOTEJAMENTO DE GUA.

EXPERIMENTO EM BANCADA DE TESTES.

SO CARLOS SP 2005

Dissertao apresentada ao Programa de

Ps-Graduao em Construo Civil da

Universidade Federal de So Carlos, em

cumprimento s exigncias para obteno

do ttulo de Mestre em Construo Civil.

rea de concentrao:

Sistemas Construtivos de Edificaes

Orientao: Prof. Dr. Mauricio Roriz

Ficha catalogrfica elaborada pelo DePT da Biblioteca Comunitria da UFSCar

N244re

Nascimento, Gustavo Rosas. Refrigerao evaporativa de telhados por meio de gotejamento de gua. Experimento em bancada de testes / Gustavo Rosas Nascimento. -- So Carlos : UFSCar, 2006. 83 p. Dissertao (Mestrado) -- Universidade Federal de So Carlos, 2005. 1. Arquitetura e conservao de energia. 2. Conforto trmico. 3. Arquitetura e clima. 4. Eficincia energtica. 5. Refrigerao evaporativa. I. Ttulo. CDD: 721.04672 (20a)

Dedico este trabalho ao amor incondicional dos meus pais, Fernando Sergio e Tania, e dos meus irmos Fabio e Rafael.

iv

A Deus, por me abenoar com sade e esperana diariamente.

Aos meus pais, pela dedicao e amor, a eles no saberia agradecer.

Ao Professor Roriz, pela capacidade e disponibilidade em ajudar, pelos ensinamentos e pela conduta inquestionvel de cientista que muito me engrandeceram.

A Patricia, cujo amor, compreenso e exemplo de dedicao pesquisa tanto contriburam a esse trabalho.

Aos meus irmos e minha famlia, pelo orgulho que me sustenta e me impulsiona a cada conquista.

A todos do Programa de Ps-Graduao em Construo Civil da UFSCar, pela confiana e pelo apoio.

Aos amigos do curso, pela cumplicidade e companheirismo, em especial, Adriana Gomes, Andrigo Silva, Ana Lucia Mello e Marcus Campos.

Ao Departamento de Arquitetura da EESC-USP, pelo fornecimento dos dados climticos de sua estao meteorolgica.

CAPES, Coordenao de Aperfeioamento de Pessoal de Nvel Superior do Ministrio da Educao, pela bolsa concedida para o desenvolvimento desta pesquisa no perodo de Outubro de 2004 a Maro de 2005.

Agradecimentos

v

O resfriamento evaporativo de ambientes conhecido pelos habitantes de

regies de clima seco desde a antiguidade. A evaporao de gua sobre

coberturas retira calor das mesmas, refrigerando indiretamente o interior da

edificao. Este trabalho apresenta resultados de um estudo em que foram

medidos os efeitos que a evaporao provoca sobre as temperaturas superficiais

internas de telhas de barro e de fibrocimento, sujeitas s variaes climticas

como o vento e radiao solar. Para tanto, montou-se uma bancada de testes

onde foram monitoradas telhas idnticas, uma com gotejamento de gua e outra

mantida seca, em situaes de inverno em laboratrio e em situaes de vero

em campo. Por meio de anlise de regresso, identificou-se fortes correlaes

entre as quedas observadas nas temperaturas superficiais internas das telhas e

as condies climticas. A evaporao provocou reduo de at 18,7 C na

temperatura superficial interna da telha de barro e de at 17C na de telha de

fibrocimento. Os resultados indicaram que o gotejamento de gua sobre

superfcies externas de telhas de barro e de fibrocimento reduz a temperatura

superficial interna das mesmas por meio da refrigerao evaporativa, sendo um

potencial mtodo de resfriamento passivo de telhados de barro e de fibrocimento

na regio de So Carlos-SP.

Palavras chave: Refrigerao Evaporativa; Arquitetura Bioclimtica; Eficincia Energtica, Conforto Trmico.

Resumo

vi

The cooling effect of evaporation is used in dry climates buildings since ancient

times. Water evaporation can remove heat of roofs, cooling the interior of

buildings indirectly. This study presents the measurement results of a test bed

which received two identical tiles, one of them receiving water application and the

other kept dry. Its objective was to investigate the effects that the evaporation

provokes on internal surface temperature of ceramic tiles and fibrocement tiles.

Using regression analyses, strong correlations were found among the falls

observed in tiles internal surface temperatures and the climatic conditions. The

evaporation provoked reduction of until 18,7 oC in the ceramic roof and until 17C

reduction in the fibrocement one.

Keywords: Evaporative Cooling; Bioclimatic Architecture; Energy Efficience, Thermal Comfort, Water Spray Cooling.

Abstract

vii

Agradecimentos.......................................................................................... iv

Resumo........................................................................................................ v

Abstract..................................................................................................... vi

Sumrio..................................................................................................... vii

1 Introduo........................................................................................... 9 1.1 Objetivos da Pesquisa................................................................ 13 1.2 Justificativas................................................................................ 13

2 Reviso Bibliogrfica......................................................................... 15 2.1 A Refrigerao Evaporativa........................................................ 15 2.1.1 O Homem e o Uso da Refrigerao Evaporativa................. 17 2.1.2 A Arquitetura Vernacular e o Uso da Refrigerao

Evaporativa........................................................................................... 18

2.1.3 Sistemas Passivos de Refrigerao Evaporativa................ 19

2.1.4 Refrigerao Evaprativa Direta............................................ 23

2.1.5 Refrigerao Evaporativa Indireta....................................... 29

2.1.6 Sistemas Mistos de Refrigerao Evaporativa.................... 32

2.1.7 A Aplicabilidade dos Sistemas de Refrigerao Evaporativa 33

2.1.8 Benefcios Econmicos de Refrigerao Evaporativa............ 34

2.2 O Processo Fsico da Refrigerao Evaporativa........................... 35

2.2.1 Clculo do Potencial de Refrigerao Evaporativa................ 36

2.2.2 A Refrigerao Evaporativa em Edificaes........................... 36

3 Descrio dos Experimentos................................................................ 38 3.1 Identificao dos Locais de Monitoramento.................................. 38

3.2 Experimento Piloto......................................................................... 40

3.3 Experimento em Laboratrio.......................................................... 41

3.4 Experimento em Campo................................................................ 44

3.5 Instrumentos Utilizados.................................................................. 46

Sumrio

viii 4 Apresentao e Discusso dos Resultados....................................... 49 4.1 Experimento Piloto......................................................................... 49

4.1.1 Comparao entre as Lajes LC e EA..................................... 52

4.2 Experimento em Laboratrio.......................................................... 54

4.2.1 Experimento em Laboratrio com Telhas de Barro................ 55

4.2.2 Experimento em Laboratrio com Telhas de Fibrocimento.... 57 4.2.3 Comparativo entre as Telhas de Barro e de Fibrocimento.... 60 4.3 Experimento em Campo................................................................ 60 4.3.1 Experimento em Laboratrio com Telhas de Barro................ 61 4.3.2 Experimento em Laboratrio com Telhas de Fibrocimento.... 66 4.3.3 Comparativo entre as Telhas de Barro e de Fibrocimento.... 72

5 Concluses............................................................................................. 75 5.1 Sobre o Experimento Piloto........................................................... 75 5.2 Sobre o Experimento em Laboratrio............................................ 75 5.3 Sobre o Experimento em Campo................................................... 76 5.4 Sugestes para Estudos Futuros................................................... 77

6 Referncias............................................................................................. 78

A crise de energia que o Brasil e outros pases enfrentam, tem sido agravada

pelo fraco desempenho trmico de ampla maioria das edificaes. Nesse contexto,

uma importante funo dos arquitetos a busca constante da melhoria da qualidade

do ambiente construdo, procurando conciliar o conforto ambiental com a eficincia

energtica, tanto nos edifcios quanto nos espaos urbanos.

Segundo Lamberts (1983), uma das principais funes de uma habitao

exercer um efeito de filtro s variaes climticas, de modo que o ambiente interno

mantenha-se dentro das margens de conforto trmico dos usurios.

Segundo Carneiro (1988) apud Cavalcanti e Prado (2001), com a crise do

petrleo, na dcada de 70, os pases foram obrigados a desenvolver esforos no

sentido da conservao de energia eltrica, at ento varivel livre na produo em

geral. Sendo a participao do setor de edificaes no consumo de energia de

significativa importncia, Cavalcanti e Prado (2001) definem a varivel energia eltrica

como um importante critrio de projeto arquitetnico e um parmetro de avaliao do

desempenho da edificao.

O Brasil, alm de modernizar seu sistema de gerao e distribuio de energia,

deve rever a maneira de consum-la.

Os sistemas convencionais de refrigerao do ar no so eficientes quanto ao

consumo de energia e apresentam alto custo, se comparado com sistemas passivos

de refrigerao de ambientes.

Segundo Mascar (s.d.) apud Cavalcanti e Prado (2001), a quantidade de calor

que chega numa edificao de pavimento nico, 70% vem pela cobertura, e 30% pelas

fachadas. Sendo essa absoro to significativa, deve-se impedir a transferncia

desse calor ao ambiente interno, para o aumento do conforto em climas quentes.

1 Introduo

Introduo 10

Os sistemas passivos vm sendo estudados com freqncia no mundo todo.

Suas aplicaes de maneira emprica so conhecidas desde a antiguidade. Os

sistemas de refrigerao passiva mais comuns no pas so: barreiras de radiao

solar, inrcia trmica de refrigerao, ventilao seletiva e refrigerao evaporativa. A

Tabela 1.1 detalha o procedimento de alguns dos sistemas viveis situao brasileira.

Tabela 1.1: Detalhamento das estratgias de condicionamento trmico passivo. Adaptado de: NBR 15220-3. 04/2005.

Estratgia Detalhamento

Refrigerao Evaporativa

Em regies quentes e secas, a sensao trmica pode ser amenizada por meio da evaporao da gua. O resfriamento evaporativo pode ser obtido atravs do uso de vegetao, fontes de gua ou outros recursos que permitam a evaporao da gua

Massa Trmica Temperaturas internas mais agradveis podem ser obtidas atravs do uso de paredes (externas e internas) e coberturas com maior massa trmica, de forma que o calor armazenado em seu interior durante o dia seja devolvido ao exterior durante a noite quando as temperaturas externas diminuem.

Ventilao Seletiva A ventilao seletiva obtida com a possibilidade de se controlar a circulao de ar pelos ambientes da edificao por meio de aberturas como janelas e portas. Deve-se atentar para os ventos predominantes da regio e para o entorno, pois este pode alterar a direo dos ventos.

Aquecimento Solar / Barreira

radiao Solar

A forma, a orientao e a implantao da edificao, alm da correta orientao de superfcies envidraadas, podem contribuir para otimizar o seu aquecimento pela incidncia solar direta no frio ou proteger a edificao da incidncia solar indesejvel em regies quentes.

Vedaes Internas Pesadas

A adoo de paredes internas pesadas pode contribuir para manter o interior da edificao aquecido.

Sendo os sistemas passivos de refrigerao conhecidos como tcnicas que

proporcionam a diminuio da temperatura de um ambiente, segundo suas condies

climticas, otimizando ou dispensando o uso de energia convencional, Gonzlez

(1997) define sistemas passivos de refrigerao evaporativa como: aqueles capazes

de promover a evaporao da gua e distribuir ao ambiente habitvel direta ou

indiretamente o efeito refrescante de tal evaporao.

Sob condio climtica favorvel, a evaporao da gua pode retirar

significativas quantidades de calor da cobertura de um edifcio, e resfriar indiretamente

o ambiente interno. Embora de maneira emprica, os benefcios da evaporao da

gua para o conforto trmico ambiental j eram conhecidos por muitos povos da

antigidade, em particular os habitantes de regies mais quentes e ridas. Os ptios

internos da arquitetura islmica, por exemplo, abrigam espelhos dgua, jardins e

fontes, elementos que promovem a evaporao da gua, umidificando e resfriando o

Introduo 11 ambiente. Exemplos de sistemas de refrigerao evaporativa so comuns na

Espanha, Afeganisto, Ir e outros pases cuja umidade do ar baixa na maior parte

do ano.

As regies Centro-Oeste, Sudeste e Nordeste do Brasil contm reas de clima

seco, com disponibilidade de gua e regies de clima mido e semi-mido, que

permitem a diminuio da temperatura de ambientes por meio da evaporao da gua.

O zoneamento bioclimtico brasileiro apresentado pela ABNT sugere o uso de

sistemas passivos de refrigerao evaporativa em trs zonas especficas: 4, 6 e 7.

Zoneamento Bioclimtico Brasileiro

A ABNT, por meio do projeto 02:135.07-003:1998, apresenta uma metodologia

para avaliao do desempenho trmico de habitaes unifamiliares e o Zoneamento

Bioclimtico Brasileiro.

Dividiu-se o territrio brasileiro em oito zonas relativamente homogneas

quanto ao clima (Figura 1.1) e, para cada uma destas, foi apresentada uma srie de

recomendaes tecno-construtivas e detalhamento de estratgias de condicionamento

trmico passivo, que visam otimizar o desempenho trmico das edificaes, tanto em

fase de projeto quanto j construdas.

Figura 1.1: Zoneamento Bioclimtio Brasileiro. fonte: www.labeee.ufasc.br/conforto/textos/t3-termica/texto3-0299.html.

Introduo 12

Dentre as estratgias de condicionamento trmico passivo das 8 zonas

bioclimticas, a ABNT sugere o uso da refrigerao evaporativa em trs delas: zona 4,

zona 6 e zona 7 (Figura 1.2,Figura 1.3 e Figura 1.4). O somatrio da rea das trs zonas

onde se afirma a viabilidade da refrigerao de ambientes por meio da evaporao,

resulta em 27,2% do territrio nacional.

Figura 1.2: zona 4. Fonte: ABNT Figura 1.3: zona 6. Fonte: ABNT Figura 1.4: zona 7. Fonte: ABNT

A rea em questo abrange boa parte das regies Centro-Oeste, Sudeste e

Nordeste do pas, excluindo a parte litornea, onde, em sua maioria, a refrigerao

evaporativa no recomendada.

As cidades de Araraquara e So Carlos SP, onde foram efetuadas as

medies contidas neste trabalho se inserem na zona 4. As cidades em questo se

enquadram em clima semi-mido ou tropical de altitude, onde no inverno predomina o

clima frio e seco e no vero o clima quente e mido (Tabela 1.2). Apesar de a regio

apresentar clima seco no inverno, h disponibilidade de gua durante todo o ano.

Tabela 1.2: Estratgias de condicionamento trmico passivo para as zonas 4, 6 e 7. Adaptado de: ABNT, projeto 02:135.07-003:1998.

Estao Zona 4 Zona 6 Zona 7

Refrigerao Evaporativa. Refrigerao Evaporativa. Refrigerao Evaporativa.

Ventilao seletiva (perodos quentes onde a

temperatura interna for superior a externa).

Ventilao seletiva (perodos quentes onde a

temperatura interna for superior a externa).

Vero

Massa Trmica para resfriamento.

Massa Trmica para resfriamento.

Aquecimento solar da edificao.

Inverno Vedaes internas

pesadas (inrcia trmica).

Vedaes internas pesadas

(inrcia trmica).

Introduo 13 1.1 Objetivos da Pesquisa

O objetivo do trabalho foi avaliar o potencial de reduo da temperatura

superficial interna de telhas de barro e de fibrocimento, provocada pelo gotejamento

de gua sobre suas faces externas.

Estudou-se o desempenho do sistema de refrigerao evaporativa por meio de

gotejamento de gua sobre coberturas e suas limitaes quanto temperatura e

umidade do ar, caractersticas do clima tropical de altitude de Araraquara e So Carlos

- SP.

Objetivos Especficos

Avaliar em laboratrio, a reduo da temperatura superficial interna de telhas

de barro e de fibrocimento, submetidas fonte artificial de calor, isolando a influncia

do vento e da nebulosidade.

Avaliar em campo, o desempenho refrigerativo do gotejamento de gua sobre

telhas de barro e de fibrocimento, nas condies de vero de So Carlos, submetidas

ao calor do Sol e sujeitas s interferncias do vento e da nebulosidade.

Correlacionar a reduo da temperatura superficial interna das telhas com os

dados climticos observados, em especial: temperatura, umidade, radiao solar e

vento.

1.2 Justificativas

Encontram-se no pas diversas regies favorveis ao uso da refrigerao

evaporativa para obteno de conforto trmico.

O baixo consumo energtico e de gua, utilizados para retirar calor do edifcio

atravs da evaporao, justificam a busca da melhor compreenso desses sistemas.

A evaporao da gua; se utilizada racionalmente, sob condies climticas

adequadas; promove queda na temperatura do ar. Os sistemas de refrigerao

evaporativa se apresentam como soluo para refrigerar edifcios em regies quentes

e secas. Em climas midos e semi-midos, sistemas indiretos de refrigerao

evaporativa tambm apresentam bons resultados, como os apresentados no prximo

captulo.

Introduo 14

Pesquisas realizadas em regies de clima quente e seco como Negev, Israel;

Nevada, Estados Unidos; e quente e mido como Maracaibo, Venezuela;

apresentaram resultados satisfatrios que encorajam a realizao de testes de acordo

com as condies da regio central do estado de So Paulo.

O trabalho no pretende esgotar o assunto gotejamento de gua sobre

coberturas, mas apenas contribuir para o seu entendimento.

Consta neste trabalho, alm deste primeiro captulo introdutrio, mais quatro

captulos. O segundo captulo define o que refrigerao evaporativa, apresenta sua

utilizao em edificaes ao longo da histria e estudos quanto sua viabilidade no

mundo, atualmente. O terceiro descreve a metodologia aplicada nos experimentos,

bem como os materiais e instrumentos utilizados. O quarto captulo apresenta os

resultados obtidos e a anlise dos mesmos. O quinto captulo trata das concluses

obtidas por meio da anlise dos resultados e sugere futuras pesquisas.

2 Reviso Bibliogrfica

Consta neste captulo, a definio de Refrigerao Evaporativa e como esta tem

sido utilizada para refrigerar ambientes em alguns lugares do mundo. Estudos feitos

por diversos autores de diferentes pases explicitam os benefcios e as limitaes de

sistemas de refrigerao evaporativa, aplicados sob condies climticas distintas.

Comenta-se aqui, a relao do homem com a evaporao da gua, a refrigerao

evaporativa em edifcios utilizada ao longo da histria, e, uma breve explanao

terica sobre o processo fsico da evaporao, a ser aprofundada nos prximos itens

dessa dissertao.

2.1 A Refrigerao Evaporativa

O processo de Refrigerao Evaporativa consiste em retirar calor do ambiente

atravs da evaporao da gua. Para evaporar, a gua necessita ganhar calor. Esse

calor retirado do ambiente, sob forma de calor latente.

Segundo Rivero (1985, pg 52), a energia trmica retirada do ambiente serve

para manter a gua em estado de vapor. Denomina-se Calor Latente energia trmica

associada com uma mudana de estado do corpo, quando no ocorrem variaes de

sua temperatura. J calor sensvel a transferncia de energia que pode-se perceber

atravs de variaes de temperatura. O calor latente de vaporizao da gua a

temperatura ambiente de aproximadamente 2.400 kJ/kg.

A quantidade de calor sensvel de um ambiente perceptvel atravs de

variaes de temperatura. A energia que passa a sustentar a gua sob o estado de

vapor transformada em calor latente, por conseqncia, promove a queda da

temperatura local.

Reviso Bibliogrfica 16

Potencial de Evaporao da gua (Pe):

Sob condies adiabticas1, a evaporao da gua diminui a temperatura do ar

e eleva sua taxa de umidade2, mantendo constante o total de energia (calor sensvel +

calor latente). Cada litro de gua evaporado sob essas condies (Equao 1),

absorve em torno de 666 Wh (Equao 2.1) (Gonzlez, 1997), sendo possvel

aproveitar essa energia para refrigerar os ambientes. Essa quantidade de energia

corresponde ao calor produzido por aproximadamente 9 lmpadas de 100W durante

uma hora, considerando-se lmpadas incandescentes com eficincia de 30%, ou seja,

lmpadas onde 70% de sua energia se transformam em calor e 30% em luz.

( ) ( )( ) kws

kgkJkgPe 666.0600.3

/400.21 == Equao 2.1Fonte: Gonzlez (1997).

O fator mais importante na eficincia de qualquer sistema de Refrigerao

Evaporativa a diferena entre a temperatura de bulbo seco (TBS) e a temperatura de

bulbo mido (TBU) , denominada Diferena Psicromtrica (PSI) (Equao 2.2). TBUTBSPSI = Equao 2.2

Denomina-se temperatura de bulbo mido, ou simplesmente TBU,

temperatura medida por um termmetro cujo bulbo envolvido em gaze umedecida.

Ao evaporar, a gua contida na gaze retira calor do bulbo. Quanto maior o volume de

gua evaporado, maior a quantidade de calor retirado do bulbo.

Refrigerao Evaporativa Direta e Indireta

Givoni (1994) define duas maneiras de refrigerar o ambiente atravs da

evaporao da gua. A primeira consiste em inserir gotculas de gua no ambiente,

seja por meio de equipamentos mecanizados tubos com micro furos que lanam

essas partculas no ar seja atravs de processos naturais, quedas dgua, entre

outros. O autor define o processo como Refrigerao Evaporativa Direta. O processo

eleva a umidade do ar, fato que em algumas situaes, pode ser indesejvel.

1 Condies Adiabticas Situao hipottica onde no haja trocas de calor e umidade com elementos externos ao sistema.

2 Taxa de Umidade - razo entre a massa de vapor dgua e a massa de ar seco contidos em uma amostra.


A segunda forma promover a evaporao da gua fora do ambiente.

comum regar parte do edifcio, o telhado por exemplo, com gua corrente. Esta gua,

ao evaporar, diminui a temperatura da telha e, indiretamente, a temperatura ambiente.

Esse sistema reduz os ganhos de calor do ambiente, sendo uma maneira indireta de

refriger-lo. Portanto, Givoni as define como Sistemas de Refrigerao Evaporativa

Indireta.

2.1.1 O Homem e o Uso da Refrigerao Evaporativa

Segundo Roriz (2003), a vida animal depende de reaes atravs das quais a

energia qumica dos alimentos transformada em calor. A velocidade dessas reaes

afetada pela temperatura. Durante a evoluo, os animais superiores, aves e

mamferos, desenvolveram um aparelho de regulao de temperatura que os capacita

a manter constante sua temperatura corporal independente da temperatura do

ambiente, fora das faixas de temperatura consideradas crticas. Esses seres so

chamados de homeotrmicos.

As alteraes comportamentais termorreguladoras so controladas pelo

sistema nervoso central, em particular pelo hipotlamo, considerado como centro

sensorial para a termorregulao. O hipotlamo integra funes como controle de

temperatura, fome, sede e impulso sexual. Os centros do hipotlamo esto sujeitos

regulao por muitas reas do crebro.

O calor produzido no corpo pelas atividades metablicas, mas tambm pode

ser absorvido a partir do exterior por meio de radiao, conduo e conveco. J a

perda de calor acontece por meio de radiao, conduo, evaporao da gua a partir

da pele e vias areas e, pela excreo de fezes e urina.

A evaporao da gua um meio eficaz de resfriamento do corpo. Enquanto

apenas 0,86 W so necessrios para elevar a temperatura de 1 grama de gua em

1C, quase 516 W so necessrias para a evaporao da mesma quantidade de gua

no corpo sob temperatura e umidade normais. Cerca de 25% do calor produzido em

mamferos em repouso, perdido pela evaporao da gua a partir da pele e das vias

areas. Essa perda de gua muitas vezes imperceptvel, de forma cutnea e

respiratria.

Em seres humanos, a perda de calor obtida por sudorese pode ser de at 860

W / hora.


A polipnia, respirao ofegante ou rpida, em muitas espcies

acompanhada por aumento considervel na refrigerao evaporativa respiratria se a

umidade do ar inspirado no for muito alta.

A sensao de resfriamento ao molhar-se o corpo, deve-se evaporao da

gua em contato com a pele, alm das trocas de calor por conveco e conduo.

Utiliza-se a refrigerao evaporativa no s em reaes metablicas do corpo

ou em ambientes construdos, mas em maquinrios e implementos de diversos

setores industriais como exemplo o automobilstico, aeronutico entre outros, sendo a

refrigerao evaporativa um freqente objeto de estudo da engenharia mecnica.

Alguns setores agropecurios como a cultura de frutas e hortalias, bem como

a criao de animais como aves e sunos, que dependem de condies de

temperatura e umidade adequadas para ter o seu desenvolvimento otimizado, aplicam

os sistemas de refrigerao evaporativa para o controle climtico de ambientes.

2.1.2 A Arquitetura Vernacular e o Uso da Refrigerao Evaporativa

Na arquitetura produzida em regies ridas, encontra-se o uso da refrigerao

evaporativa como auxlio a umidificao do ar e ao Conforto Trmico.

Como exemplo, na Arquitetura Islmica (Figura 2.1), os ptios internos abrigam

superfcies considerveis de gua, jardins e fontes, prova de que o homem j

percebera, de maneira emprica, os benefcios da evaporao da gua no conforto

trmico em ambientes construdos. Exemplos de sistemas passivos de refrigerao

evaporativa so encontrados na Espanha, Afeganisto, Ir e outros pases cuja

umidade do ar baixa na maior parte do ano.

Figura 2.1 Manso no Egito. (www.guiadevaigens.com.br/egito.prompt1)


Safarzadeth e Bahadori (2003) desenvolveram em Teer (Ir) um software com

o propsito de avaliar numericamente o efeito refrigerativo de um ptio de edifcio

residencial. O ptio em questo composto por duas rvores que protegem a face Sul

do edifcio contra a radiao solar, uma fonte de pequeno porte, superfcie com grama

e jardim. Concluiu-se que o efeito refrigerativo produzido pela presena do ptio no

suficiente para que se mantenha o edifcio em condies de conforto trmico, em dias

quentes de vero em Teer. Porm, a presena do ptio, reduz a demanda de energia

consumida para refrigerao do ambiente interno.

Potes porosos (Figura 2.2), localizados junto aos edifcios, mostram que, na

Antiguidade, o homem j descobrira de maneira emprica, que o ar quente e seco era

resfriado ao passar por esses compartimentos de barro poroso cheios de gua.

Figura 2.2 Potes de Barro em Corinto - Grcia Antiga. Fonte: Roriz, 2003.

2.1.3 Sistemas Passivos de Refrigerao Evaporativa

Sistemas Passivos de Refrigerao Evaporativa so aqueles capazes de

promover a evaporao da gua e distribuir ao ambiente habitvel direta ou

indiretamente o efeito refrescante de tal evaporao sem o consumo de energia

convencional (Gonzlez, 1997).

Segundo Gonzlez (1997), fundamental nos sistemas passivos de

refrigerao por evaporao, o uso de tcnicas que disponham da maior superfcie

possvel de gua em contato com o ar e com uma razovel velocidade. comum o

uso do teto e paredes do edifcio para disponibilizar essa superfcie de gua.


A Vegetao como Refrigerador Evaporativo

Como seres vivos, produtores de evapotranspirao, as rvores e a vegetao,

umidificam e refrigeram o ambiente.

Allen (1998) define evapotranspirao como a combinao de dois processos,

a evaporao e a transpirao, onde h perda de gua tanto do solo quanto da

vegetao. No processo, a evaporao e a transpirao ocorrem simultaneamente,

sendo difcil dissoci-las. Em vegetaes pouco desenvolvidas ou com pouca

densidade, predomina o processo de evaporao pelo solo. Em vegetaes densas e

desenvolvidas, a incidncia maior de transpirao pelo vegetal.

Em Otsuka, Japo, Onmura, Matsumoto e Hokoi (2001) investigaram os efeitos

da evaporao em cobertura verde com grama, em situao de vero. Comparou-se a

cobertura verde com cobertura plana de concreto. Os resultados obtidos nas medies

foram de reduo de 30C na temperatura superficial externa na cobertura gramada,

em relao cobertura de concreto. Registrou-se temperatura mdia da cobertura

verde em torno de 30C enquanto a temperatura mdia da cobertura de concreto foi

registrada em torno de 60C. Simulaes em tnel de vento confirmaram as redues

de temperatura aferidas em campo. O estudo resultou em modelo matemtico que

prev o comportamento refrigerativo de coberturas verdes com grama.

Morais (2004) avaliou o comportamento trmico de um prottipo de cobertura

verde em So Carlos, em situao de inverno e vero. Monitorou-se duas lajes de

cobertura, uma com vegetao e outra sem, considerando a temperatura do ar, as

temperaturas superficiais, irradincia solar global e velocidade do vento. Constatou-se

que, no inverno, a cobertura verde apresentou amplitude trmica 70 % menor que a da

cobertura sem vegetao, ou seja, a cobertura verde contribuiu para que a

temperatura do ambiente se mantivesse mais estvel. No vero, aferiu-se temperatura

do ambiente com cobertura verde at 5C mais baixas que as aferidas no ambiente

sem vegetao. A autora concluiu que ...a cobertura ajardinada dispe de importante

potencial de aplicao no clima considerado, sendo soluo de custo relativamente

baixo e podendo contribuir efetivamente para melhorar o conforto ambiental e a

eficincia energtica do ambiente construdo.


As Fontes como Refrigeradores Evaporativos

Alm do aspecto decorativo, as fontes funcionam como aspersores diretos em

espaos abertos, ou seja, inserem gotculas de gua no ar que, ao evaporar, retiram

calor do ambiente, refrigerando-o de forma passiva. Geralmente, as fontes englobam

superfcies considerveis de gua (espelhos dgua) que tambm promovem

refrigerao evaporativa.

Refrigerao Evaporativa utilizando Superfcies de gua

O Espelho dgua considerado um eficiente refrigerador passivo por

evaporao (Figura 2.3).

Figura 2.3: Museu da Escultura de So Paulo. Fonte: www.mube.art.br

Nahar, Sharma e Purohit (1997) efetuaram na ndia, durante o vero de 1996,

um comparativo entre quatro diferentes sistemas de refrigerao passiva sobre

coberturas (Figura 2.4 e Figura 2.5). Foram construdos cinco blocos idnticos em

estrutura metlica, vedada com ao galvanizado, medindo 1.28 m de comprimento,

0.64 m de largura e 1.07 m de altura.

Figura 2.4: Mdulos de Nahar, Sharma e Purohit (1997) em campo.

Figura 2.5: Perspectiva dos Mdulos de Nahar, Sharma e Purohit (1997).

No primeiro bloco (a) nada se fez, foi utilizado como mdulo de referncia. No

segundo bloco (b), pintou-se a cobertura de branco. O terceiro bloco (c) teve sua

cobertura acrescida de 40 mm de material termo-isolante. No quarto bloco (d),


acrescentou-se pelcula de 10 cm de gua mais 40 mm de material termo-isolante

sobre sua superfcie. O quinto bloco (e) teve sua cobertura envolvida em tecido

constantemente umedecido, promovendo refrigerao evaporativa.

As redues mximas de temperatura (Figura 2.6) aferidas em relao ao

mdulo de referncia (a) na temperatura do ambiente e na temperatura superficial

interna foram de, respectivamente: (b) 7C na temperatura do ambiente interno e 22C

na temperatura superficial interna; (c) 3C e 8C; (d) 8C e 23C; (e) 10C e 32C.

Apesar do bloco (e), que promoveu refrigerao evaporativa, ter apresentado maior

reduo de temperatura, tanto do ambiente interno quanto superficial, os autores

concluem que a melhor opo para o clima local seria o bloco (d). A cobertura mvel

de material termo-isolante (d) permite que o sistema possua bom desempenho durante

o dia e noite. Durante o dia, a placa termo-isolante seria removida, aproveitando a

evaporao da gua para refrigerao da cobertura. Durante a noite, a placa seria

recolocada, diminuindo a perda de calor da superfcie de gua para o ambiente

externo por radiao.

Figura 2.6: Experimento feito por Nahar, Sharma e Purohit (1997)

Adaptado de: Nahar, Sharma e Purohit (1997)

Adotou-se nos estudos de Nahar, Sharma e Purohit, condies de dia tpico de

vero, com: temperatura mxima de 41,7C, temperatura mnima de 28,2C, umidade


relativa s 07:30h de 51%, umidade relativa s 14:30h de 17%, radiao solar de 7500

Wh/m2, velocidade do vento de 4,61 km/h e incidncia solar de 11,9 horas por dia.

Nahar, Sharma e Purohit (2003) deram continuidade ao estudo comparativo

entre os sistemas passivos de refrigerao pela cobertura. No ano de 2003, foram

construdos sete blocos idnticos, medindo 1.28 m de comprimento, 0.61 m de largura

e 1.10 m de altura. Foram acrescidas placas cimentcias de 10 cm de espessura

cobertura dos mesmos, sendo a estrutura em estrutura metlica e a vedao em ao

galvanizado. Aplicou-se sobre a cobertura dos blocos os seguintes sistemas passivos

de refrigerao: (a) nenhum (mdulo de referncia); (b) pintura branca; (c) placa de 5

cm de cimento vermiculite; (d) tanque de gua de 10 cm de espessura mais placa

termo-isolante de 4 mm; (e) refrigerao evaporativa por meio de tecido umedecido; (f)

brita de cascalho de vidro; (g) placa de cimento corrugada com colcho de ar; (h)

sania material comum em coberturas na ndia.

As redues de temperatura aferidas em relao ao mdulo de referncia (a)

esto descritas na (Tabela 2.1):

Tabela 2.1: Redues de Temperatura Superficial. Nahar, Sharma e Purohit (2003). mdulo a b c d e f g h material Referncia Pintura Branca

Cimento Vermiculite

gua e Placa

Tecido Umedecido

Cascalho de vidro

Placa corrugada Sania

Reduo de Temperatura - 5,4C 3,5C 6,7C 13,2C 11,0C 5,8C 3,4C

Apesar de, novamente, o bloco (e) (refrigerao evaporativa) apresentar a

maior reduo de temperatura em relao ao mdulo de referncia, os autores

concluram que o bloco (f) (cascalho de vidro) o mais indicado, pois a demanda de

gua para o pleno desempenho do bloco (e) seria de 50 litros de gua por metro

quadrado ao dia, valor questionvel, como ser descrito a seguir, na parte

experimental do presente trabalho.

2.1.4 Refrigerao Evaporativa Direta

Como descrito anteriormente, a refrigerao evaporativa direta consiste em

inserir gotculas de gua no ambiente de forma direta, elevando sua umidade. Ao

evaporar, a gua retira o calor sensvel do local, transformando-o em calor latente.

Sistemas de Refrigerao Evaporativa Direta so aplicveis em regies secas

com disponibilidade de gua. Os edifcios refrigerados dessa maneira registram

temperaturas entre 20 e 40% superiores a mxima TBU exterior.


Em clima quente e mido, onde a umidade relativa alta, portanto a diferena

psicromtrica (Equao 2.2) pequena, deve-se ter ateno sobre o desempenho dos

Sistemas de Refrigerao Evaporativa, pois geralmente no so aplicveis sob a

forma direta.

Krishan Kant e Mullick (2003) efetuaram estudo de refrigerao evaporativa

direta em situao de vero em Nova Delhi (India) nos meses de Abril, Maio e Junho.

Em um cmodo refrigerado por evaporao direta, comparou-se a situao entre

telhado exposto radiao solar e telhado protegido da radiao solar. Concluiu-se

que ainda que o telhado esteja exposto radiao solar, possvel que se mantenha

o cmodo dentro da Zona de Conforto estipulada para Nova Delhi, sendo necessrio a

combinao da refrigerao evaporativa direta com trocas de ar (ventilao).

Sistemas Mecnicos

Os Sistemas Mecnicos de refrigerao evaporativa (Figura 2.7), apesar de no

serem passivos, consomem relativamente pequena quantidade de energia se

comparados com sistemas convencionais de refrigerao (Figura 2.8) como o aparelho

condicionador de ar comercializado em larga escala em regies quentes no mundo.

Geralmente, os aparelhos mecnicos funcionam com ventilador axial, dotado de grelha

direcionadora de ar para descarga direta no ambiente. Utilizado em reas localizadas

ou em ambientes onde a circulao de ar seja livre. Normalmente a instalao com

menor custo, podendo ser acoplado a sistemas existentes de condicionamento de ar.

Figura 2.7 - Aparelho refrigerador evaporativo disponvel no mercado. Modelo CEA, da

empresa Catermo. (www.catermo.com.br).

Figura 2.8 - Aparelho refrigerador

convencional marca Aspen, modelo EJF-6000 btus. (www.submarino.com.br).

Refrigerao e Umidificao do Ar aproveitando o Vento

Em regies ridas de pases em desenvolvimento, sistemas populares de

refrigerao evaporativa so comuns, apesar de serem pouco divulgados estudos

precisos sobre o desempenho dos mesmos. Aproveitando o vento, possvel


refrigerar pequenas construes com sistemas muito simples, como a instalao de

filtros ou tecidos umedecidos sobre a janela de um cmodo. O ar proveniente do

exterior passa pelo filtro, promove a evaporao da gua, que retira calor do ambiente.

Zahra Ghiabaklou (2003) analisou a sensao trmica de usurios de um

edifcio em Teer (Ir). Foi instalada no edifcio uma cortina de fios de nylon medindo

10 m de altura, 10 m de comprimento e 2,80 m de largura. Associada cortina, uma

bomba fornecia gua ao topo, mantendo-a com gua corrente, proveniente de um

reservatrio. O ar que passava pela cortina era resfriado e umedecido. Nos

resultados, constatou-se apenas 5,4% dos votos nos nveis de desconforto por calor.

Ao se dobrar a rea de superfcie de gua, pouco se alterou nos resultados.

Simulaes demonstraram que a alterao no nmero de trocas de ar contribuiria para

melhores nveis de conforto durante a noite, com o equipamento no era utilizado.

Liao e Chiu (2002) investigaram em tnel de vento, a eficincia refrigerativa de

mantas de PVC de 50, 100 e 150 mm de espessura.

Segundo Koca et al. (1991) apud Liao e Chiu (2002), o desempenho

evaporativo de telas com gua depende do ngulo de inclinao, da espessura da

tela, velocidade do ar e a queda da presso esttica atravs da tela, podendo ser

expressa em eficincia de umidificao.

Eficincia da Umidificao (Roriz 2000) (Equao 2.3) a razo entre a queda

ocorrida na temperatura do ar (TBS) e a diferena psicromtrica (PSI).

PSITBSEfU

=

Equao 2.3

Fonte: Roriz, 2000 Onde: EfU Eficincia de Umidificao TBS Diferena entre a TBS inicial e a final. PSI Diferena psicromtrica

. O objetivo do trabalho de Liao e Chiu (2002) foi obter a influncia da velocidade

do ar, do fluxo de gua e da transferncia de calor pela tela, no processo evaporativo

das diferentes espessuras de tela de PVC. As eficincias refrigerativas resultantes

foram de: 47,22% a 57,23% na tela de 50 mm; 62,93 a 72,25% na tela de 100 mm; e

76,68 a 85,51% na tela de 150 mm, em situaes de velocidade do ar de 0,5 a 2,0

m/s. Concluiu-se que a tela de 150 mm no caso possui melhor desempenho para

refrigerao do ar.


Torres Evaporativas

As torres evaporativas promovem trocas de ar no ambiente interno

aproveitando a ventilao natural. Capta-se o ar proveniente do exterior, este com

temperatura alta e baixa umidade. No interior da torre, encontram-se umidificadores,

painis midos ou aspersores de gua. Ao passar pela torre, o ar seco e quente

umedecido e refrigerado por meio da evaporao da gua.

Torre de Cunninghan e Thompson (1986) (Tucson, Arizona, EUA): o sistema

(Figura 2.9) consiste em uma torre de refrigerao evaporativa de fluxo descendente,

de seo horizontal de 1,80 por 1,80m e altura de 7,60m, acoplada a um edifcio de

aproximadamente 100 m2, com insolao significativa. O topo da torre possui quatro

placas de celulose com gua bombeada em determinado ritmo. O modelo apresentado

contm outra torre acoplada ao edifcio, com suas paredes pintadas de cor preta, que

funciona como chamin solar e, por diferena de presso devido ao ar mais quente

em seu interior, estimula a exausto do ar interno, promovendo maior fluxo de trocas

de ar no edifcio, e, por conseqncia, aumenta a eficincia do sistema.

Os resultados apresentados so muito satisfatrios. Para uma temperatura

exterior de 40.6C e TBU de 21.6C, a torre (Figura 2.10) insufla ar temperatura de

23.4C, com uma velocidade de 0.75 m/s.

Figura 2.9: Torre de Cunningham eThompson.(Givoni, 2004)


Figura 2.10: Esquema da Torre de Cunningham e Thompson. (Givoni, 1994).

Badran (2003) analisou o projeto tradicional de torres evaporativas utilizadas na

Jordnia, sob trs condies climticas. Estimou-se o desempenho de uma torre

construda em trs reas de Amman, na Jordnia: rea desrtica; rea montanhosa e

rea do vale de Ghor (Amman). Concluiu-se que so suficientes menos de 9 m de

altura para que se promova condio de conforto, ao invs de 15 m normalmente

utilizados na regio. Segundo o autor, uma torre de 4 m de altura com seo horizontal

de 57 x 57 cm pode produzir o equivalente a 1 ton de refrigerao.

Givoni (1994) apresentou estudo sobre Torre de Refrigerao Convectiva-

Inercial / Ducha Evaporativa. A gua bombeada verticalmente no ambiente por

micro-furos como uma ducha no topo de uma torre. Esta entra em contato com uma

quantidade significativa de ar, umedecendo e refrigerando-o. A gua, ao chegar ao

fundo da torre, coletada e bombeada novamente ao topo da torre. A abertura no topo

da torre permite que o ar quente seja dissipado por sadas laterais. Um coletor de

vento instalado no topo da torre estimula o fluxo inercial do ar pelo efeito do vento.

O experimento apresentado na UCLA (EUA, Figura 2.11) registrou depresso

da TBU em 72%, alm de reduzir a quantidade de partculas em suspenso no

ambiente.

Esse sistema tambm funciona com gua salgada.


Figura 2.11 - Torre Convectiva-Inercial, Ducha Evaporativa.

(Adaptado de Givoni, 1994).

Bowman et al (1997) vm desenvolvendo trabalho multidisciplinar que avalia

modelo computacional de dinmica de fludos e comportamento, potencial e

viabilidade econmica de torres evaporativas. Apresentou-se estudo sobre a

aplicabilidade de torres evaporativas quanto reduo no consumo de energia em

edificaes. O resultado esperado do trabalho a formulao de um guia de aplicao

de torres evaporativas para arquitetos e engenheiros.

Refrigerao de Espaos Abertos por meio da Evaporao

Assim como as fontes, citadas anteriormente, aspersores de gua como dutos

com pequenos furos podem inserir gotculas de gua no ar, elevando sua umidade e

refrigerando-o por evaporao.

Na Expo92, em Sevilha, Espanha, foi apresentado um modelo de sistema de

aspersores para ambientes externos. Pulverizadores de alta presso foram instalados

em rvores e fachadas de edifcios que, por evaporao e conveco, refrigeravam

ambientes abertos (Figura 2.12).

Figura 2.12 - Expo 92 em Sevilla, Espanha: condicionamento de espaos pblicos.


Os pulverizadores, quando instalados em torres como visto anteriormente,

apresentam, em espaos externos, refrigerao por conveco forada (Figura 2.13 e

Figura 2.14), ou seja, ventiladores provocam a conveco e por conseqncia a

refrigerao do ambiente.

Figura 2.13 Experincia de Torre

Evaporativa em Israel. Fonte: Roriz, 2003.

Figura 2.14 - Expo 92 em Sevilla, Espanha - Torre Evaporativa

Givoni, 1994.

2.1.5 Refrigerao Evaporativa Indireta

A refrigerao evaporativa indireta consiste em aproveitar a evaporao da

gua para resfriar parte do edifcio, reduzindo a carga trmica transferida para o

ambiente interno, refrigerando-o de maneira indireta. O foco de estudo deste trabalho

compreende sistema indireto de refrigerao evaporativa por gotejamento.

O sistema no interfere na umidade do ar interior, posto que a elevao da

umidade do ar em algumas regies pode ser indesejvel. Aconselha-se sua aplicao

em lugares com TBU no maiores que 25C e valores mximos de TBS de 46C

(Givoni, 1994).


Experincia de Superfcies de gua sobre a Cobertura

Gonzlez (1997) desenvolveu experimento em escala real em regio quente e

mida - Maracaibo, Venezuela utilizando dois edifcios de mesma caracterstica

construtiva, mesma orientao, e idnticas condies climticas (Figura 2.15).

O presente estudo analisou apenas a srie com superfcie livre, ventilada de

maneira natural (ESULIB.SV), pois a nica que aproveita o efeito evaporativo da

gua durante todo o dia.

A srie protegida da abbada celeste por uma placa plstica - radiao solar

direta - durante o dia, porm permitida a ventilao 24 horas ao dia (Figura 2.16).

Figura 2.15 - Experimento em Maracaibo, Venezuela.

Fonte: Gonzlez,1997.

Figura 2.16 Desenho esquemtico do experimento em Maracaibo, Venezuela.

Fonte: Gonzlez,1997.

Constatou-se a temperatura interna mdia de 27.4C, 2.6C inferior ao mdulo

de referncia e 0.5C inferior a TBS exterior. A Temperatura mdia exterior se mantm

durante a noite entre 0.5C e 0.8C superior a TBS interna; o potencial de reduo de

temperatura seria otimizado ao ventilar o interior do mdulo quando a TBS exterior for

menor que a temperatura interna.


Tang e Etzion (2004) compararam dois mtodos de refrigerao de cobertura

utilizando gua. O primeiro se tratava de tanque de gua coberto protegido por tecido

rstico, no caso, sacos feitos de algodo em malha grosseira. O segundo era

composto pelo prprio tecido umedecido com gua. Independente do tipo de

cobertura, o primeiro mtodo apresentou melhor desempenho. Aconselha-se a

profundidade do tanque de 20 cm no caso de coberturas de concreto e 5 cm no caso

de coberturas metlicas. Os resultados foram adquiridos por simulao e modelo

matemtico, deve-se ainda lev-lo experincia em campo. O primeiro mtodo

(tanque de gua) ainda proporciona maior estabilidade temperatura superficial

externa da cobertura.

Meng e Hu (2005) propuseram um mtodo de instalao de camada porosa

mida de areia e cascalho sobre coberturas planas, com o objetivo de se obter

resfriamento por evaporao. Desenvolveu-se modelo numrico que pode predizer o

comportamento refrigerativo por evaporao do conjunto, de acordo com dados

medidos, aferidos no perodo de vero em regio subtropical da China (Guangzou),

com altas temperaturas e alta umidade. Constatou-se teoricamente, reduo de 25C

na temperatura superficial externa da cobertura e reduo de 5C na temperatura

superficial interna, para a situao em questo. O estudo sobre camadas porosas

midas se estendeu possibilidade de se inserir bolhas de ar em placas de concreto

para que fossem umedecidas posteriormente. A tcnica no teve comportamento

refrigerativo por evaporao comprovado.

Asperso de gua sobre a Cobertura

A refrigerao evaporativa por meio de asperso de gua um mtodo de se

refrigerar a cobertura sem o acmulo de gua sobre sua face externa. Em tese, toda a

gua utilizada no sistema evapora. A gua aplicada sobre a face externa da

cobertura em forma de gotculas, por meio de aspersores.

O sistema dispensa cuidados comuns em espelhos dgua como manuteno

contra infiltraes, limpeza constante do tanque de gua, tratamento da gua contra

proliferao de insetos, algas entre outros. A asperso de gua vivel em coberturas

inclinadas e telhados, onde nem sempre possvel o uso de superfcies de gua.

Chandra, Kaushik e Bansal (1985) analisaram em Nova Delhi (India) a

transferncia de calor em trs sistemas de refrigerao evaporativa: asperso de gua

sobre cobertura, espelho dgua e espelho dgua com cobertura mvel. Utilizou-se

modelo matemtico para simulao dos sistemas em um dia tpico de vero na cidade.


Incorporou-se na anlise, os efeitos de ventilao e transferncia de calor por

radiao. Segundo os autores, o sistema que provocou maior reduo de

temperaturas superficiais externas e internas na cobertura foi o de asperso de gua.

Porm, afirmam que o espelho dgua com cobertura mvel mais eficiente para

estabilizar as trocas de calor entre o ambiente interno e externo. Essa estabilidade

necessria em climas ridos, onde a amplitude trmica diria muito alta, portanto a

perda de calor por radiao durante a noite indesejvel.

Al-Turki e Zaki (1991) desenvolveram um modelo matemtico que simula os

efeitos de asperso de gua sobre cobertura plana de concreto. No artigo em questo,

introduziu-se temperatura fictcia, tpica de vero em Jeddah (Arbia Saudita),

radiao solar mdia e efeitos da evaporao da gua sobre cobertura plana de

concreto. Os autores afirmam que a asperso de gua sobre cobertura de concreto

resultou em reduo de 40% do fluxo de calor (W/m2) proveniente do ambiente

externo, em comparao com cobertura sem asperso de gua.

Encontra-se no Brasil, empresas que comercializam sistemas de asperso de

gua sobre a cobertura, principalmente em grandes centros urbanos como a cidade de

So Paulo (Figura 2.17). No comum, a aplicao desse sistema em edifcios de at

dois pavimentos com menos de 400 metros quadrados de rea, ficando sua aplicao

restrita a grandes galpes industriais com mais de 500 metros quadrados de rea

construda.

Figura 2.17: Vista do Sistema Evafrio em operao. (www.evafrio.com.br)

2.1.6 Sistemas Mistos de Refrigerao Evaporativa

Os sistemas mistos so aqueles que aproveitam os benefcios da refrigerao

evaporativa em conjunto, direta e indiretamente, utilizando equipamentos mecnicos

ou no.


Ford, Patel e Zaveri (1998) analisaram sistema passivo de refrigerao

evaporativa por meio de aberturas com telas umedecidas. Instalou-se exaustor

mecnico, que promove quantidade maior de trocas de ar no edifcio, um laboratrio

qumico particular em Ahmedabad (India). Resultados de vero apontam temperaturas

internas de 10 a 15C mais baixas que as temperaturas externas. O custo do sistema

se apresentou 64% mais baixo que o custo de um sistema convencional de

condicionamento do ar. Verificou-se melhoria na qualidade do ar quanto a odores e

partculas em suspenso.

Experincia em Centro de Estudos em Negev, Israel

O campus do centro de estudos de Blaunstein (Figura 2.18) localiza-se nas

terras altas da regio rida de Negev ao sul de Israel (latitude aprox. 32N).

O edifcio contm ptios internos com vegetao, promovendo a evapo-

transpirao. Possui uma torre de fluxo descendente com sistema de asperso de

gua que, no vero refrigeram o ar na parte mais baixa do edifcio e promovem a

exausto do ar quente pela torre.

A gua em excesso aproveitada em superfcies em desnveis que, refrigeram

o ar e irrigam os jardins internos. (Givoni, 1994).

Figura 2.18 : Sede do Centro de Estudos em Negev, Israel

2.1.7 A Aplicabilidade dos Sistemas de Refrigerao Evaporativa

A eficincia dos Sistemas de Refrigerao Evaporativa depende da Diferena

Psicromtrica (PSI). Quanto maior essa diferena, maior o potencial do sistema.


As regies quentes e secas, o semi-rido, regies onde h um grande perodo

de estiagem durante o ano, permitem maior eficincia ao processo, pois o ar absorve

umidade facilmente, acelerando o processo refrigerativo pela evaporao. Segundo

Gonzlez (1997), alguns sistemas de refrigerao evaporativa possuem bom

desempenho em ambientes de clima mido e semi-mido.

O zoneamento bioclimtico brasileiro apresentado pela ABNT, citado no

Captulo 1 do presente trabalho, adaptou uma carta bioclimtica, a partir da sugerida

por Givoni (1992). A carta bioclimtica insere sobre a carta psicromtrica, retas

formadas pelas mdias anuais das mximas temperaturas em uma extremidade e

as mdias das mnimas temperaturas - em outra extremidade - de algumas cidades

que compem cada zona bioclimtica (Figura 2.19, Figura 2.20 e Figura 2.21). A carta

psicromtrica apresenta 11 reas onde a ABNT define estratgias de condicionamento

trmico passivo distintas (Tabela 2.2).

Figura 2.19: Carta Bioclimtica para a zona 4.



Tabela 2.2: Estratgias de Condicionamento Passivo segundo a Carta Bioclimtica de Givoni. Adaptado de: ABNT, projeto 02:135.07-003:1998.

rea Estratgia de Condicionamento Trmico Passivo A Roupas pesadas, Aquecimento artificial B Aquecimento Solar C Inrcia Trmica de aquecimento D Zona de Conforto Trmico E Zona de Conforto Trmico (a baixas umidades) F Ventilao Seletiva G Refrigerao Evaporativa H Refrigerao Evaporativa e Inrcia Trmica de Resfriamento I Inrcia Trmica de Resfriamento e Ventilao Seletiva J Ventilao Seletiva K Roupas leves, Resfriamento artificial L Evaporao de gua

2.1.8 Benefcios Econmicos dos Sistemas de Refrigerao Evaporativa

Segundo Leong (2001), so necessrios apenas 7kWh para diminuir em 10

graus-dia a temperatura de um determinado ambiente. Szokolay (1995) define grau dia


como um parmetro climtico definido como o somatrio das diferenas de

temperatura, quando se encontram acima ou abaixo de um temperatura tomada como

base. Esse conceito permite quantificar os valores de energia de aquecimento ou

refrigerao tendo determinada temperatura como referncia.

Um refrigerador evaporativo, no um sistema, consome em mdia um quarto

da energia eltrica necessria ao funcionamento de um aparelho convencional de

condicionamento do ar. Leong (2001) avaliou os custos de operao de um Sistema

de Refrigerao Evaporativa Direta em um tero a um quinto dos custos de operao

de um sistema convencional de refrigerao do ar.

Smith (1993) afirma ser economicamente vivel a aplicao de sistemas de

asperso de gua sobre condies climticas adequadas em coberturas de edifcios

de pavimento nico. O autor sugere a aplicao do sistema sob as seguintes

situaes: fase de projeto; manuteno e reforma da cobertura; como adio ao

projeto de condicionamento convencional do ar; como adio reformulao dos

sistemas de refrigerao do ar; quando se tem como meta a reduo no consumo de

energia e como auxlio a sistemas de ventilao.

Segundo reportagem do governo da ndia em 1984 (fonte: Sodha; Sawhney e

Desbmukh, 1989), sistemas de refrigerao consomem 500 MW (Mega-Watts) de

energia durante o vero no pas.

Sodha, Sawhney e Desbmukh (1989) analisaram em Nova Delhi (ndia) o

potencial de economia de energia e a reduo percentual nos custos com refrigerao

em um cinema. Inseriu-se sobre a cobertura, sistema de asperso de gua. Segundo

os resultados, o sistema convencional de condicionamento do ar do cinema em

questo, apresentou reduo de 16% no consumo de energia, aps a implantao do

sistema de aspersores. Concluiu-se que o sistema de aspersores associado ao

mtodo convencional de condicionamento do ar apresentara reduo de 14% em seu

investimento inicial e reduo de 17% no custo anual de energia para refrigerao do

ambiente citado.

2.2 O Processo Fsico da Refrigerao Evaporativa

O processo de evaporao da gua um fenmeno de alta complexidade,

depende das variveis termodinmicas que compem um ambiente. O presente

trabalho avaliar o fenmeno em ambientes abertos, especificamente o processo


evaporativo em superfcies, no caso, coberturas de edifcios, que tm como principais

variveis a temperatura e presso do ar e as condies de vento.

Segundo Givoni (1994), em situao adiabtica, onde no h troca de calor

ou umidade do ambiente com elementos externos ao sistema, a evaporao da gua

diminui a temperatura do ar e eleva a Taxa de Umidade sem que haja extrao de

calor do mesmo. O total de energia (calor sensvel + calor latente) se mantm

constante.

Na prtica, o processo de evaporao no completo devido s interferncias

de radiao e conveco externos a um determinado sistema. Geralmente, a

Diferena Psicromtrica cerca de 20 a 40% maior que a diferena entre a TBS final e

a TBU inicial (constante) (Givoni, 1994). Em situaes prticas, determina-se uma taxa

de eficincia de 60 a 80% do processo de Refrigerao Evaporativa. A essa taxa de

eficincia se denomina Eficincia Refrigerativa (EfRef) segundo Gonzlez (1997)

(Equao 2.4).

TBUTBSfEf

=Re Equao 2.4Fonte: Gonzlez, 1997.

Em resumo tem-se: TBSfinal = TBUinicial + (20 a 40% da dif. psicromtrica)

2.2.1 Clculo do Potencial de Refrigerao Evaporativa

O foco deste trabalho a avaliao do fenmeno evaporativo em coberturas de

barro e de fibrocimento umedecidas por meio de asperso de gua.

A Taxa de Evaporao de uma superfcie com gua pode ser calculada do

seguinte modo (Equao 2.5 e Equao 2.6):

( ) ( )VPVAPVSEv 38.01003.0 += Equao 2.5

kWSEvPe400.86

400.2= Equao 2.6Fonte: Gonzlez, 1997.

PVA Presso de Vapor Atual (Pa); PVS Presso de Vapor do ar Saturado (Pa); S rea da superfcie com gua (m2). V Velocidade do Vento (m/s).


2.2.2 A Refrigerao Evaporativa em Edificaes

Segundo Givoni (1994), a TBU , teoricamente, a temperatura mais baixa que

os sistemas de evaporao direta podem proporcionar ao ambiente. Na prtica, a

temperatura do ar refrigerado por evaporao mais alta que a TBU, girando em torno

de 20 a 30% da diferena psicromtrica.

Em valores mdios, a diferena psicromtrica nos momentos de temperaturas

de pico em regies ridas varia entre 10 e 15C, em regies desrticas entre 15 e

20C (Givoni, 1994).

A combinao de elevada umidade do ar e elevada velocidade do ar, fixa o

limite para ambientes internos entre 26C e 28C. Os sistemas de refrigerao

evaporativa direta devem ser aplicados em regies ou estaes em que a TBU do

ambiente no ultrapasse os 22C. (Givoni, 1994).

Se a umidade relativa alta, o ar est prximo da saturao, ou seja, no

mais capaz de promover a evaporao da gua. Ao inserir partculas de gua em

ambiente saturado, o vapor contido no ambiente condensar, transformando o calor

latente energia que mantm a gua em estado de vapor em calor sensvel, que em

contato com a pele percebido pelo corpo humano. Esse processo, alm de inutilizar

o sistema de refrigerao, contribui negativamente ao conforto.

3 Descrio dos Experimentos

O captulo 3 aborda a descrio metodolgica da parte experimental deste

trabalho, bem como a identificao dos locais de monitoramento, os instrumentos

utilizados e os critrios de tratamento dos dados. Os experimentos se subdividem em

trs: o experimento piloto, o experimento em laboratrio e o experimento em campo.

Monitorou-se no experimento piloto uma laje de concreto coberta com gua em

poca de vero. O experimento em laboratrio compreendeu uma bancada de testes

onde se avaliou o comportamento de telhas de barro e de fibrocimento submetidas a

uma fonte artificial de calor e sucessivos gotejamentos de gua sobre suas superfcies

externas. Utilizou-se no experimento em campo outra bancada de testes para avaliar o

comportamento trmico de telhas de barro e de fibrocimento expostas ao sol,

submetidas ao gotejamento de gua, levando-se em conta o vento e radiao solar.

O mtodo de anlise utilizado foi comparativo e estatstico. Em todos os

monitoramentos apresentados, o fenmeno de refrigerao evaporativa foi comparado

com dados monitorados em condies semelhantes, obtidos simultaneamente sem o

uso da gua. Anlises estatsticas foram feitas com o intuito de demonstrar

comparativamente o efeito refrigerador da evaporao da gua, bem como identificar

as relaes de causa e efeito provocadas pelas variveis ambientais.

3.1 Identificao dos locais de monitoramento

A parte experimental deste trabalho foi realizada em duas cidades do Estado de

So Paulo: em Araraquara efetuou-se o experimento piloto e o experimento em

laboratrio. Em So Carlos, o experimento em campo. Araraquara possui as

coordenadas de latitude de 21 47, longitude de 48 10 e altitude mdia de 650m. So

Carlos localiza-se na latitude de 22 17 sul, longitude de 48 10 oeste e altitude mdia

de 800m (Figura 3.1).

Descrio dos Experimentos___________________________________________________39

Figura 3.1: Localizao das cidades de Araraquara e So Carlos. Adaptado de IBGE, 2005.

O clima local considerado tropical de altitude, que, segundo a classificao

de Koeppen, o Cwa, clima quente com inverno seco, no qual a temperatura mdia

do ms mais frio inferior a 18oC e a do ms mais quente ultrapassa 22oC. O total das

chuvas do ms mais seco no atinge 30 mm, e o do ms mais chuvoso atinge valores

dez ou mais vezes maiores do que os do ms mais seco. O perodo seco dura de

junho a agosto, embora na prtica varie num perodo de seis meses (junho a

novembro, com dficit hdrico mais intenso, ou de abril a setembro, considerando o

perodo com menos chuvas) (EMBRAPA, 2004).

Adotando-se as diferenas psicromtricas de um dia tpico de vero, no ms de

Fevereiro s 14 horas, Araraquara apresenta eficincia de umidificao (EfU)

(Equao 2) de 51%.

comum na regio a ocorrncia de perodos favorveis ao uso dos sistemas de

refrigerao evaporativa. Conforme estudo realizado por Roriz (2000), as cidades de

So Carlos e Araraquara situam-se em uma regio onde, em um dia tpico de fevereiro

(vero), as diferenas psicromtricas mdias podem atingir entre 7.5 e 8.0 C,

condio observada em 51% do territrio do Estado de So Paulo (Figura 3.2).

Figura 3.2: Diferenas Psicromtricas tpicas s 14 horas de um dia de vero no Estado

de So Paulo. (Adaptado de Roriz, 2000)

Brasil

So Paulo


3.2 Experimento Piloto: Anlise de Espelho dgua sobre Laje de Concreto

O Experimento Piloto foi feito no Campus da UNESP em Araraquara, na

Faculdade de Cincias e Letras (Figuras 3.3 e 3.4), Latitude 2147, Longitude 4810 e

Altitude mdia de 650m acima do nvel do mar. O edifcio apresenta espelho dgua

sobre laje de cobertura e, praticamente no recebe radiao solar direta nas fachadas.

As circulaes so externas, resultando em um beiral de aproximadamente 6 metros

que impede a incidncia de radiao solar direta nas fachadas. As medies duraram

8 (oito) dias. O perodo da medio foi de 0:00h do dia 12 de Fevereiro 0:00h do dia

20 de Fevereiro de 2004.

Figura 3.3: EA Espelho dgua analisado. Figura 3.4: LC Laje Comum analisada.

O edifcio escolhido permite averiguar o desempenho da evaporao da gua,

em situao e escala real de uso, considerar a radiao solar direta somente na

cobertura, sem sombras de edifcios vizinhos. No caso, possvel desconsiderar a

carga trmica proveniente dos usurios. Sob as mesmas solues construtivas, tm-

se condies de cobertura distintas, uma com gua, outra sem; permitindo anlise de

maior preciso quanto aos efeitos trmicos da evaporao da gua no mdulo

experimental, sem descontos de diferentes trocas trmicas no mdulo de referncia.

As caractersticas do edifcio so apresentadas na tabela 3.1.

Tabela 3.1: Comparativo das Caractersticas das Lajes. Comparativo das Caractersticas das Lajes em questo.

Espelho dgua (EA) Laje Comum (LC) P-direito 3,60 m 3,60 m rea do Compartimento

288 m2 60 m2

Uso do ambiente AUDITRIO DEPSITO Descries construtivas

Laje plana de 12cm de espessura, em concreto armado,

com pintura epxi azul clara e espelho dgua com espessura de

5cm.

Laje plana de 12cm de espessura em concreto armado sem revestimento e placas de concreto de

1mx1m, espessura de 4cm justapostas sobre a laje.

Obs: Ambos os ambientes no foram utilizados durante o perodo do

experimento e estavam fechados.


Um sensor especfico do equipamento foi isolado do contato com o ar com

poliestireno expandido e fixado na laje para que se obtivesse o valor de sua

temperatura superficial. Aplicou-se pasta trmica para aumentar o contato com a

superfcie. Trs compartimentos metlicos com furos abrigaram os termmetros que

registravam a temperatura superficial (Figura 3.1 e Figura 3.2).

Figura 3.1: Croqui de Instalao do

Equipamento na laje EA. Figura 3.2: Croqui de Instalao do

Equipamento na laje LC.

Os termmetros HOBO foram utilizados em trs unidades: O primeiro aferiu a

TBS e umidade do ar exterior; o segundo aferiu a Temperatura Superficial Interna da

laje com gua (EA), a TBS interior do ambiente e sua umidade relativa. O terceiro

aferiu a Temperatura Superficial da laje comum (LC), a TBS Interior e a Umidade

Relativa.

3.3 Experimento em Laboratrio: Bancada com Telhas de Barro e de Fibrocimento

O experimento em laboratrio foi feito em Araraquara-SP no perodo de Outono

e Inverno, entre Maio e Agosto de 2004. Para a execuo do experimento, montou-se

sobre uma bancada de concreto (Figura 3.3 e Figura 3.4), um conjunto formado por dois

refletores de 500W, 127V fixados parede, utilizados como fonte de calor, instalados

a 11 cm de distncia das telhas. Quatro ripas de madeira recebiam os pares de telhas.

A bancada situava-se em ambiente protegido da radiao solar direta e das cargas de

vento, porm sujeita s variaes de temperatura e umidade do ar.

As medies foram feitas em duas telhas de mesmo lote, fixadas lado a lado. A

primeira telha era mantida seca (sem gotejamento). Na segunda telha, efetuou-se

gotejamento de gua sobre a face externa, em intervalos de dez minutos, durante uma

hora. Mediu-se nesse experimento, as temperaturas superficiais internas de um par de


telhas por vez, sendo uma sem gotejamento outra com gotejamento de gua sobre

sua face externa. As medies foram feitas em intervalos de 5 minutos durante duas

horas.

Analisou-se a correlao entre os dados obtidos pela diferena das

temperaturas superficiais internas entre as telhas seca e mida (SUP) e as diferenas psicromtricas (PSI) aferidas.

Armelin e Cherry (2004) fizeram experincia semelhante no Lafarge Roofing

Technical Center , LTRC, localizado em Crawley, Inglaterra. Foram construdos dois

aparatos com rea de 1,5 m por 1,5 m que permitem a montagem de diferentes

configuraes de cobertura. Os autores utilizaram 30 lmpadas, com potncia de

500W cada, como fonte de calor. (eMat, vol. 1, n.1, p. 79-82, Maio 2004)

A bancada situava-se em ambiente aberto, protegido da radiao solar direta e

das cargas de vento, porm sujeita s variaes de temperatura e umidade do ar.

Figura 3.3: Bancada Experimental com telhas de Fibrocimento.

Figura 3.4: Bancada Experimental com telhas de Barro.

Telhas utilizadas: - Telha de barro do tipo Portuguesa medidas 40,5cm x 22cm

e 30 mm de espessura. Telha de fibrocimento, medidas 50,5cm por 24,5cm e 4mm

de espessura.

Secagem das Telhas: antes das medies na bancada, as telhas iam ao forno

por duas horas temperatura aproximada de 285C para a perda da umidade retida

em seu interior. Ao retir-las do forno, eram depositadas em local fechado para que

estabilizassem temperatura ambiente e pudessem passar ao processo de medio.

Todas as telhas utilizadas nas medies foram coletadas em depsitos revendedores,

sem um controle prvio de fabricao. O objetivo foi analisar de maneira genrica o

material que repassado ao consumidor, sem interferncias em seu processo normal

de fabricao.


Confirmao do processo de secagem: antes de se efetuar as asperses, as

telhas eram submetidas uma hora de teste, recebendo o calor dos refletores sem

asperso de gua para que se confirmasse o aquecimento uniforme de ambas. Os

primeiros experimentos feitos sem a secagem das telhas, acusaram diferenas de

temperaturas superficiais de at 18C em telhas cermicas de mesmo lote de

fabricao, pois apresentavam volumes diferentes de gua retida em seu interior.

Portanto, o processo evaporativo acontecia antes mesmo das asperses serem

efetuadas. Verificou-se a massa das telhas aps a secagem por trs dias

consecutivos, as mesmas apresentavam diferenas de massa de no mximo 5 gramas

entre as duas.

Instalao dos instrumentos: os sensores de temperatura foram fixados

superfcie das telhas como apresentado na Figura 3.5. Aplicou-se pasta trmica para

melhorar o contato entre o sensor e a superfcie medida. Em seguida, o sensor era

envolvido por poliestireno expandido de 2 cm de espessura e fixado telha com fita

aluminizada.

Figura 3.5: Croqui de instalao dos instrumentos nas telhas

Instalao das telhas: as telhas eram simplesmente apoiadas sobre as ripas,

sem fixao e na posio horizontal (paralela fonte de calor). Entre as ripas de

madeira instalou-se folha de poliestireno expandido de 0,5 cm de espessura e folha de

alumnio para minimizar as trocas trmicas por radiao da telha com a bancada.

Procedimento do gotejamento: aps alguns testes, verificou-se que o volume

ideal para que se cobrisse toda a telha com gua era de 120 ml de gua por hora, em

gotejamentos com intervalos de 10 minutos, no total de 6 de 20 ml cada. Quantidades

maiores de gua escorriam pelas laterais e pela frente da telha. Quantidades menores

de gua dificilmente cobriam toda a superfcie externa da telha. Constatou-se que a

asperso de gua ideal sobre as telhas era em intervalos de 10 minutos, pois, em


intervalos maiores, a telha voltava a sofrer aumentos significativos de temperatura. Em

intervalos menores, no era possvel a total evaporao do volume de gua aplicado,

logo, parte da gua escorria para fora da superfcie da telha. A gua foi gotejada

sobre as telhas por meio de um conta-gotas para que chegasse telha em forma de

gotculas, facilitando o processo de evaporao.

3.4 Experimento em Campo: Bancada com Telhas de Barro e de Fibrocimento

As medies foram feitas em duas telhas situadas lado a lado. Uma delas era

mantida seca, enquanto a outra recebia o gotejamento de gua sobre sua face

externa, em intervalos de dez minutos, durante seis horas (Figuras 3.8 e 3.9). Durante

o experimento, a cada 5 minutos foram medidas as temperaturas superficiais internas

de ambas as telhas, bem como as temperaturas e umidades do ar. As temperaturas e

umidades foram obtidas por sistema eletrnico automtico de aquisio de dados

(HOBO).

Figura 3.6: Bancada utilizada

Figura 3.7: Detalhe da inclinao da bancada

Sobre uma bancada de madeira, apoiou-se as duas telhas em questo, sendo

estas inclinadas em 30% (aproximadamente 22o). A bancada orientava-se ao Norte,

sem que nenhuma barreira fsica impedisse a circulao do ar e a incidncia de

radiao solar direta, portanto, sujeita s variaes de temperatura e umidade do ar.

Com base nos dados obtidos, procurou-se identificar correlaes entre as

diferenas das temperaturas superficiais internas das telhas seca e mida e os

parmetros psicromtricos registrados.

Telhas utilizadas: telha cermica: 40.5cm x 22cm e 15 mm de espessura.

Antes das medies na bancada, as telhas eram colocadas em estufa por seis

horas temperatura aproximada de 80oC para a perda da umidade retida em seu


interior. Ao retir-las da estufa, eram depositadas em local fechado, para que

estabilizassem na temperatura ambiente antes do processo de medio. Todas as

telhas utilizadas nas medies foram coletadas aleatoriamente em depsitos

revendedores.

Assim como ocorreu no teste em laboratrio, antes de se iniciar o gotejamento,

as telhas eram submetidas uma hora de teste, sob o calor do Sol, para confirmar o

aquecimento uniforme de ambas. Este cuidado foi tomado aps os primeiros

experimentos, realizados sem a secagem prvia das telhas, quando se percebeu que,

mesmo antes do gotejamento, as telhas de barro j apresentavam diferenas de at

12C em suas temperaturas superficiais, motivadas por diferentes teores de umidade.

Os sensores de temperatura foram fixados superfcie inferior das telhas

(Figura 3.10) e protegidos por poliestireno expandido, sendo que o nico contato direto

era com a superfcie da telha. Aplicou-se pasta trmica para facilitar as trocas trmicas

entre a superfcie e o sensor, sendo este fixado por meio de fita aluminizada. As telhas

eram simplesmente apoiadas sobre as ripas, sem fixao.

Figura 3.8: Esquema de instalao dos instrumentos

Utilizou-se um conta-gotas para controlar a quantidade de gua aplicada sobre a

telha. A primeira preocupao foi identificar um fluxo adequado para o gotejamento.

Aps alguns testes, verificou-se que o fluxo ideal de gua para cobrir toda a telha era

de 120 ml por hora, em gotejamentos com intervalos de 10 minutos, totalizando 6 de

20 ml cada, por hora. Volumes maiores de gua provocavam escorrimento pelas

bordas da telha e volumes menores no cobriam toda a sua superfcie externa. Para o

volume de 20 ml, intervalo maior que 10 minutos fazia com que a temperatura da telha


mida voltasse a subir entre os gotejamentos, indicando que toda a umidade j havia

sido retirada e o processo de evaporao fora interrompido. Por outro lado, intervalos

menores provocavam excesso de gua, que escorria pelas bordas da telha.

necessrio considerar que este fluxo ideal de gua depende das condies climticas

de cada dia, sendo que os valores encontrados correspondem s condies mdias

do perodo.

No foram considerados neste trabalho os coeficientes de absortncia e as

densidades das telhas, pois o processo de umedecimento gradual das mesmas torna

estes dados variveis, inconstantes. Logo, no se dispunha de meios seguros de

aferio, dada a mudana de cor da telha mida e o acrscimo de gua em seu

interior ao longo do processo de medio.

3.5 Instrumentos Utilizados

Hobo H08-004-02 (3 aparelhos): Registra e armazena dados de temperatura, umidade e iluminncia Armazena at 7943 dados, com tempo programvel de incio e

intervalo das medies (Figura 3.11).

Figura 3.9: Hobo H08-004-02.

Termmetro de Mercrio marca Incoterm: preciso de 0,1C registra de 10C negativos at 110C (Figura 3.12).

Figura 3.10: Termmetro Incoterm.

Pasta Trmica marca Implastec: melhora o contato trmico do sensor (bulbo ou cabo) com a superfcie a ser analisada (Figura 3.13).


Figura 3.11: Pasta Trmica Implastec.

Refletores de 500W, 110V marca FLC: so as fontes de calor utilizadas nos experimentos em bancada (Figura 3.14).

Figura 3.12: Refletor de 500W marca FLC.

Utenslios de apoio aos instrumentos: foram utilizados poliestireno expandido, folha aluminizada e fita Tec-Tape cor prata para proteo contra radiao externa,

influncias trmicas do ar e sustentao dos instrumentos em contato com as telhas.

Figura 3.13: Poliestireno expandido, folha aluminizada e fita Tec-Tape.

Instrumentos Computacionais de Captao e Anlise de Dados:

Programa especializado em registrar, processar e armazenar os dados obtidos

pelo termmetro eletrnico, por emisso de grficos e tabelas.

PSICROM 1 (RORIZ): ferramenta utilizada para a anlise psicromtrica dos

dados obtidos nas trs etapas de medies. Emite tabelas e grficos.

Utilizou-se programa de computao especializado em anlises estatsticas de

resultados.


Metodologia de Anlise de dados

Efetuou-se a correlao entre os dados obtidos pela diferena das temperaturas

superficiais internas entre as telhas seca e mida (SUP) e as diferenas psicromtricas (PSI) aferidas. Esta correlao foi feita por meio de Anlise de Regresso Mltipla

O captulo 4 apresenta os dados obtidos nos monitoramentos e as anlises

estatsticas das medies. Em conjunto, discute-se os desempenhos trmicos no caso

de uma laje com espelho dgua, de telhas de barro e de fibrocimento - em laboratrio

e em campo - quando submetidas aplicao de gua sobre suas superfcies

externas.

4.1 Experimento Piloto

Os dados do experimento piloto foram coletados em oito dias de medio na

semana de 12 a 19 do ms de Fevereiro de 2004. Os dados climticos registrados na

regio confirmam o perodo quente e mido, comum no vero de climas tropicais de

altitude como o caso da cidade de Araraquara-SP, onde se situa o Campus da

UNESP, local do monitoramento.

Dados Climticos

A Tabela 4.1 apresenta os valores mximos e mnimos de temperatura e de

umidade relativa dos ambientes monitorados:

Tabela 4.1: Temperatura e umidades relativas obtidas de 12 a 19 de Fevereiro de 2004. Dias Variveis 12 13 14 15 16 17 18 19

Temperatura Mxima (C) 27,5 28,3 24,4 26,3 27,5 28,7 29,1 29,5 Temperatura Mdia (C) 24,7 25,5 23,3 23,5 25,1 26,1 26,6 26,7 Temperatura Mnima (C) 21,7 22,5 22,1 21 22,9 23,2 22,5 24,4 Umidade Relativa Mxima (%) 84,3 77 96,2 100 93,8 79,3 76,3 74,7 Umidade Relativa Mnima (%) 51,2 53,9 67,9 75,3 57,6 55 50,5 55,2 Precipitao Pluviomtrica (mm) 0 0 0 0 0 0 0 0

De posse dos resultados, verificou-se oscilao entre os dias 14 e 16 (Figura

4.1), causada pelo aumento da nebulosidade, provvel resultado de entrada de frente

fria. No houve precipitao no local durante o monitoramento.

4 Apresentao e Discusso dos Resultados

Apresentao e Discusso dos Resultados_______________________________________50

Figura 4.1: Temperatura e Umidade Relativa no perodo de 12 a 19 de Fevereiro.

Os dados comparativos a serem demonstrados a seguir referem-se ao perodo

entre 16 e 19 de fevereiro por apresentarem curvas semelhantes de variao de

temperaturas superficiais e do ar (interno e externo).

Dados obtidos na Laje Comum - LC

A Figura 4.2 apresenta os dados de temperatura superficial e a TBS coletados

na laje LC, conforme demonstrado no captulo anterior. O sensor trmico foi aplicado

diretamente na superfcie interna da mesma, protegido do contato com o ar.

Figura 4.2: Temperaturas do Ar e Superficiais na Laje Comum LC.



umidade relativa do ambientes com Laje Comum:

Tabela 4.2: Temperaturas mximas e mnimas superficiais e do ar (LC). Dia TbsExtMax TbsExtMin TbsIntMax TBSIntMin SupMax SupMin 12 27,5 21,7 29,5 26,7 32,3 26 13 28,3 22,5 29,9 26,3 32,8 25,2 14 24,4 22 29,1 25,2 30,3 24 15 26,3 21 27,5 24,4 30,3 22,9 16 27,5 22,9 29,5 25,6 33,6 25,2 17 28,7 23,2 30,3 20,3 35 26 18 29,1 22,5 30,7 27,1 34,4 26,3 19 29,5 24,4 31,1 27,9 34 27,9

Dados obtidos na Laje com Espelho d`gua - EA

A Figura 4.3 apresenta os dados de temperatura superficial na laje EA:

Figura 4.3: Temperaturas do Ar e Superficiais na Laje com Espelho d`gua.


umidade relativa do ambientes com Laje Comum:

Tabela 4.3: Temperaturas mximas e mnimas superficiais e do ar (LC). Dia TbsExtMax TbsExtMin TbsIntMax TBSIntMin SupMax SupMin 12 27,5 21,7 28,3 22,5 31,1 22,5 13 28,3 22,5 29,5 24,4 32,8 22,5 14 24,4 22 27,5 24,4 26,7 22,9 15 26,3 21 27,5 23,2 30,3 22,1 16 27,5 22,9 29,1 25,2 31,9 24,8 17 28,7 23,2 29,9 25,7 33,2 24 18 29,1 22,5 30,3 25,6 33,6 24,4 19 29,5 24,4 30,7 26,3 33,2 25,2


4.1.1 Comparao entre a Laje Comum LC e Laje com Espelho d`gua - EA

A anlise comparativa descrita a seguir se restringe ao perodo entre 16 e 19

de Fevereiro de 2004 (Figura 4.4 e Figura 4.5). O perodo apresenta curvas de Tbs e UR

externas semelhantes, o que no acontece com o perodo entre 12 e 15 de Fevereiro.

Figura 4.4: Comparativo entre as T

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